2023超級電池的設(shè)計及研究進(jìn)展

超級電池的設(shè)計及研究進(jìn)展*引言另外，國際社會對環(huán)境保護(hù)問題的重視程度不斷提耗能源的主要途徑之一。為了盡快達(dá)到降低尾氣排(HEV)和純電動汽車(EV)

其中，電池作為電動汽車的核心關(guān)鍵部件[1]，也將隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而快速發(fā)展?，F(xiàn)象。從而導(dǎo)致電池放電性能下降、循環(huán)壽命減少，7最終電池?zé)o法正常工作。超級電池作為新型的、環(huán)保的動力型電池，能夠大幅度改善傳統(tǒng)鉛酸蓄電池各方面的性能。特別的，超級電池有效的抑制了“硫酸鹽化”現(xiàn)象的發(fā)生，顯著延長了電池循環(huán)壽命，其使用壽命可達(dá)到鉛酸電池四倍。超級電池的原理超級電池(Ultrabattery)是由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究會(CSIRO)和日本古川電池株式會社聯(lián)合研制并生產(chǎn)的[2]，主要應(yīng)用于混合動力汽車(HEV)和純電動汽車(EV)電池從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面和電池使用功能方面都實(shí)現(xiàn)了對電池起到緩沖電流的作用，從而保護(hù)鉛酸電池部1為超級電池模擬圖形。

1超級電池的設(shè)計+89–213567420067+89–2135674+–Separator+–+–Separator+–PbO2PbO2PbCarbon electrodeL+iii1Asymmetric–Pbsupercapacitori2 PbO2Carbonelectrodeead-acidcell1.極匯流牌Figure1.Modelofultra-battery圖1.超級電池模型

Figure2.Structurechartofultra-battery圖2.超級電池結(jié)構(gòu)圖在上述專利中負(fù)極的電池極片與電容極片獨(dú)立2008年619日公開，CSIROCA2680743題為“改善的儲能裝置”的專利中[9]，說明了兩種工藝實(shí)3為工藝一正、負(fù)極板示意圖。工藝二中每個超級電池包括至少一個混合正極和一個混合負(fù)極，其中，負(fù)極板的制作工藝是在超級電容器碳材料的兩側(cè)分別涂覆一層多孔鉛材料負(fù)極，形成鉛材料在外的夾層結(jié)構(gòu)；正極板的制作工藝是在同一個集流體的不同區(qū)域上涂覆二氧化鉛和超級電容器碳材料。所有正極通過引線鏈接到同一個匯流排上，所有負(fù)極通過引線鏈接到同一個匯流排上。圖4為工藝二正、負(fù)極板示意圖。2008年9月25日公開，CSIRO的專利號為CA2680747題為“優(yōu)化的儲能裝置”的專利中[10]，公布了一種新式的超級電池制作方式，正極板為傳統(tǒng)的二氧化鉛正極，負(fù)極板的制作工藝是在多孔鉛材料負(fù)極的兩側(cè)分別涂覆一層超級電容器碳材料，所有正極通過引線鏈接到同一個匯流排上，所有負(fù)極通過引線鏈接到同一個匯流排上。圖5為該超級電池側(cè)視圖。CSIRO的一系列專利中，電容器電極包含集流體和活性物質(zhì)涂層，使用的漿料涂層材料包括l000~2000m2/g日本的高表面碳材料(40wt%~80wt%)，60~l000m2/g、日本的炭黑(5wt%~20wt%)。粘結(jié)劑選用氯丁橡膠、羧甲基纖維素等(5wt%~25wt%)5wt%~40wt%的添加劑，添加劑優(yōu)選鉛和鋅的氧化物、氫氧化物以及硫酸鹽Pb2O3、銻的氧化物、鐵和鉛的氧化物等正極添加劑。2010310日，南京雙登科技發(fā)展研究院有200910183503題為“一

在上述發(fā)明基礎(chǔ)上，針對超級電容器比能量低的問6該超級電池比能量達(dá)到16Wh/kg，循環(huán)壽命可以15001的材料及各種材料含量。2221’14’531、Positive1’.Negative2.Gridplate3.PbO24(4Activatedcarbon;5.Pb1.柵板(集流體鉛膏Figure3.Positiveandnegativeoftheultra-batterybythefirstprocess圖3.工藝一正負(fù)極結(jié)構(gòu)2 241’14’35Positive;1’.Negative;2.Gridplate;3.PbO2;4(4’).Activatedcarbon;5.Pb1.正極；1’.負(fù)極；2.柵板(集流體)；3.二氧化鉛；4(4’).活性炭；5.鉛膏Figure4.Positiveandnegativeoftheultra-batterybythefirstprocess圖4.工藝二正負(fù)極結(jié)構(gòu)33+910–125655 87 4 2碳材料的添加量對超級電池的影響1.Positiveofultra-battery;2.Negativeofultra-battery;3.Gridplate;4.Pb;5.Activatedcarbon;6.Shell;7.Membrane;8.Fixtures;9.Bus-barofpositive;10.Bus-barofnegative極匯流牌Figure5.Structurechartofultra-battery圖5.超級電池結(jié)構(gòu)圖112Pb;2.Activatedcarbon鉛膏；2.活性炭Figure6.Negativeofultra-battery圖6.電容電池負(fù)極圖Table1.Formulaofnegativeelectrode表1.負(fù)極配方物質(zhì)含量(wt%)鉛粉15~40短纖維45~75導(dǎo)電炭黑0.05~2木素磺酸鈉0.2~3硫酸鋇0.05~2CMC2~5粘結(jié)劑2~8

助添加劑摻雜在活性物質(zhì)中使用，主要包括導(dǎo)電炭5微米左右的活性炭，0.1g/cm3~0.15g/cm3；其振實(shí)密度0.25g/cm3~0.38g/cm3之間；只有比較高檔的1000次以上，活性炭的振實(shí)密度0.35g/cm3左右。而超級電池中的電池負(fù)極活3.5g/cm3~4.0g/cm3；4.5g/cm3~5.0g/cm3之間。這種由于振實(shí)密度之間的巨大反差，影響體積比能量的同CSIRO通過超級電池的研究發(fā)現(xiàn)，比表面積越大池的析氫現(xiàn)象增加，損耗電解液[12]。超級電池成本控制高比表面積活性炭能夠提高超級電池循環(huán)壽命，提高超級電池充放電性能。導(dǎo)電炭黑能夠增強(qiáng)負(fù)極板的電導(dǎo)率，在負(fù)極板上形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電荷的轉(zhuǎn)移提供通暢的通道，使活性炭汲取的大量電荷能夠快速、有效、低損耗的用于電源輸出，減少電荷在電池內(nèi)部的自損好耗，提高放電效率。4400℃~500℃之間，能耗工作電位的匹配0.8V~1.5V之間；鉛酸蓄電池工作電壓1.8V~2.3V之間[13]。兩者的工作電位相差源形成一個閉合的回路，其之間必然存在一個等勢在超級電池充滿電量之后，電池電路結(jié)構(gòu)等效于2.3V1.5V2V超級電池的研究進(jìn)展工業(yè)研究組織和日本古川電池株式會社共同研制的

解決。已經(jīng)研制的超級電池有12V單體電池以及1